DD234749A1 - Verfahren zur kunststoffverkappung elektronischer bauelemente - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kunststoffumhuellung elektronischer Bauelemente mit einer verbesserten Dichtigkeit an den Anschluessen. Das Ziel der Erfindung besteht in der Verbesserung der Zuverlaessigkeit bei der Herstellung von Plastgehaeusen fuer elektronische Bauelemente. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Kapillarspalt an der Grenzflaeche zwischen den inneren Anschluessen und dem Isolierkoerper zu vermeiden und dadurch die Dichtigkeit zu verbessern. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe durch ein Verfahren geloest, bei dem geringere Oberflaechenrauhigkeiten der inneren Anschluesse, vorzugsweise durch Polierprozesse, erzeugt, Haftvermittlerbeschichtungen der inneren Anschluesse, vergleichsweise hoehere Formtemperaturen, laengere Haertezeiten und groessere Druecke beim Umhuellen mit Formmassen sowie Formen mit Auswerfern in den Formnestern angewendet werden. Dadurch wird eine Verbesserung der Abdichtung der Grenzflaeche erzielt. Das erfindungsgemaesse Verfahren findet Anwendung in der elektronischen Industrie bei der Montage und Umhuellung von Halbleiterbauelementen auf metallischen Leiterrahmen, bei integrierten Schaltkreisen, bei elektronischen Bauelementen.

Description

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Verbesserung der Zuverlässigkeit bei der Herstellung von Plastgehäusen für elektronische Schaltkreise und Halbleiterbauelemente.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Kapillarspalt an der Grenzfläche zwischen den inneren Anschlüssen und dem Isolierkörper zu vermeiden und dadurch die Dichtigkeit zu verbessern.

Die bereits bekannten technischen Lösungen sind an der Grenzfläche zwischen dem Isolierkörper und den inneren Anschlüssen undicht. Diese Undichtigkeit wird verursacht durch zu niedrige Schrumpfspannungen der Formmasse, durch Gleitvorgänge infolge der Schrumpfspannungen der Formmasse, durch Gleitvorgänge infolge der Schrumpfprozesse zwischen den Anschlüssen und dem Isolierkörper im Zusammenhang mit der Rauhigkeit des Leiterrahmens und der inneren Anschlüsse, durch fehlende bzw. zu geringe Haftkräfte zischen dem Isolierkörper und den inneren Anschlüssen, durch zu geringe Gefügeverdichtungen im Isolierkörper und durch mechanische Beanspruchungen der Grenzfläche während des Entformens der Isolierkörper aus den Spritzpreßwerkzeugen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Grenzfläche zwischen dem Isolierkörper, üblicherweise bestehend aus Silikon- bzw. Epoxidharzformmassen, und den inneren Anschlüssen durch die Benutzung von eingebetteten metallischen Strukturen mit einer geringeren Rauhigkeit, insbesondere bei polierten Oberflächen, und durch die Anwendung eines Silanhaftvermittlers dichter wird.

Durch die geringere Rauhigkeit der inneren Anschlüsse bleibt die Grenzfläche beim Sch rumpf prozeß der infolge des Abkühlens auftretenden Gleitvorgänge zwischen den inneren Anschlüssen und dem Isolierkörper dichter.

Durch den Haftvermittler werden Haftungs-und Bindungskräfte zwischen den an sich nicht haftenden Grenzflächen der inneren Anschlüsse bzw. des Isolierkörpers erzeugt und dadurch eine Verbesserung erzielt.

Weiterhin wird die Spritzpreßtemperatur um den Faktor bis zu 1,5 gesteigert und die Härtezeit in der Spritzpreßform bis zu dem Faktor 5 verlängert. Dadurch wird der Isolierkörper besser gehärtet. Hieraus ergeben sich stärkere mechanische Verankerungen der inneren Anschlüsse und größere Unempfindlichkeiten gegenüber mechanischen Beanspruchungen. Außerdem wird ein größerer Spritzpreßdruck bis zum Faktor 3 angewendet, als für einevergleichsweise gute Formausfüllung allgemein erforderlich ist. Dadurch wird das Gefüge stärker verdichtet und die Grenzfläche stärker abgedichtet.

Mechanische Beanspruchungen beim Entformen werden durch die Benutzung von Auswerfern klein gehalten, so daß die Grenzfläche nicht beansprucht wird.

Die Anwendung aller angegebenen Maßnahmen zur Verbesserung der Dichtigkeit führt zu den besten Dichtigkeitsergebnissen.

Bestehen nicht so hohe Anforderungen an die Dichtigkeit, kann eine Auswahl der angegebenen Möglichkeiten bereits ausreichend sein.

Ausführungsbeispiel

Infolge der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten kommt es durch den Abkühlvorgang zu Schrumpfprozessen, d. h. zu relativen Verschiebungen zwischen dem Isolierkörper und den inneren eingebetteten metallischen Anschlüssen. Dabei wird die formschlüssige Verbindung zwischen dem Isolierkörper und den metallischen Anschlüssen zerstört, und es bilden sich Kapillarspalte. Durch die Anwendung eines polierten Anschlußrahmens wird ein formschlüssiger Übergang zwischen den eingebetteten Anschlüssen und dem Isolierkörper erzielt.

Durch die Haftvermittlerbeschichtung, z. B. mit einem Silan, wird die Grenzfläche zwischen den Anschlüssen und dem Isolierkörper zusätzlich abgedichtet. Der in einem Lösungsmittel verdünnte Haftvermittler wird nach dem Auftragen getrocknet. Erfolgt der Umhüllvorgang durch das Spritzpreßverfahren bei vergleichsweise höheren Parametern, z.B. 190°C Formtemperatur, 4min Härtezeit, 12MPa Spritzpreßdruck, werden ein höherer Härtegrad des Isolierstoffes und eine höhere Verdichtung des Isolierstoffes und insbesondere eine bessere Dichtigkeit an der Grenzfläche erzielt. Hierbei sind die Härtezeit und der Spritzpreßdruck etwa verdoppelt im Vergleich zu den allgemein üblichen Bedingungen bei vergleichbarer Formgröße. Die Festigkeit des Isolierkörpers wird dadurch vergrößert. Hieraus resultieren höhere Spannungen an der Grenzfläche zu den Anschlüssen, und es ergibt sich eine bessere Abdichtung.

Durch mechanische Beanspruchung beim Entformen können sich die Anschlüsse lockern. Die Abdichtung verschlechtert sich. Das wird durch die Benutzung von Spritzpreßformen mit Auswerfern vermieden.

Die speziellen Vorteile der Erfindung sind in Anwendbarkeit der Plastgehäuse begründet. Die Anwendung wesentlich aufwendiger Keramikgehäuse wird vermieden. Derartige Gehäuse sind außerdem teurer. Bei der Benutzung des Plastgehäuses werden keine spezieilen Werkstoffe benötigt.

Claims (7)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zur Kunststoffverkappung elektronsicher Bauelemente, insbesondere hochpoliger integrierter Schaltkreise untei Verwendung eines metallischen Leiterrahmens, der mit Kunststoff umspritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leiterrahmen verwendet wird, dessen von Kunststoff umhüllte inneren Anschlüsse poliert sind, daß diese inneren Anschluss vordem Umhüllen mit einem Haftvermittler beschichtet werden, daß das Umhüllen mit Kunststoff bei erhöhter Temperatu erhöhtem Druck und längeren Härtezeiten geschieht, und daß die umhüllten Bauelemente ohne mechanische Beanspruchun der Bauelementeanschlüsse aus der Spritzpreßform entfernt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umhüllen mit einem Spritzpreßdruck erfolgt, der bis um der Faktor 3 höher als normal ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Härtezeit in der Form bis zu dem Faktor 5 verlängert ist.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungstemperatur um den Faktor bis zu 1,5 erhöht wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein nichtpolierter Trägerstreifen verwendet wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß kein Haftvermittler verwendet wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit normalen Preßparametern gearbeitet wird.

   Anwendungsgebiet

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kunststoffumhüllung elektronischer Bauelemente mit einer verbesserten Dichtigkeit ar den Anschlüssen. Das Verfahren findet Anwendung bei der Herstellung von Gehäusen für integrierte Schaltkreise, für Halbleiterbauelemente.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Isolierkörper mit eingebetteten metallischen Strukturen werden als Gehäuse für Halbleiterbauelemente und insbesondere für Schaltkreise benutzt. Die eingebetteten metallischen Strukturen bilden die inneren Anschlüsse. Die inneren und äußeren Anschlüsse werden aus einem Leiterrahmen geformt. Es sind weiterhin spezielle Anwendungen von elektrisch isolierenden Isolierkörpern bekannt, die im Isolierkörper eine Aussparung für die Aufnahme des Haibleiterbaueiernent.es und für die Herstellung der elektrisch leitenden Verbindungen zwischen dem Halbieiterchip und den inneren elektrisch leitenden Anschlüssen besitzen.

   Die Zuverlässigkeit entsprechend hergestellter Gehäuse wird dabei maßgeblich von der Dichtigkeit der Grenzfläche der im Isolierkörper eingebetteten Anschlüsse beeinflußt. Diese Grenzflächen sind aus vakuumtechnischer Sicht undicht. Die Feuchtigkeit kann je nach Leckrate an der Grenzfläche zwischen den Anschlüssen und dem Isolierkörper eindringen. Die duroplastischen Isolierkörper werden in entsprechenden Formen bei geeigneten Formtemperaturen, Härtezeiten und Verdichtungsdrücken erzeugt. Vorrangig wird hierbei das Spritzpreßverfahren angewandt.

   Nach der DE-PS 2230863 (H01L-23/08) ist es bekannt, in bzw. auf einem ebenen Isolierteil aus Glas den Chipträgerund die inneren Anschlüsse einzubetten, indem der Leiterrahmen auf die ebene Grundplatte gelegt und mit einer darübergelegten ringförmigen Wand verschmolzen wird. Der Chipträger kann dabei in die Grundplatte eingedrückt werden. Nach dem Befestigen der Halbleiterchips auf den Chipträger und nach dem Drahtbonden wird der Hohlraum des Isolierteils mit Kunstharz vergossen und anschließend mit Kunststoff verkappt. Nachteilig ist, daß, wegen der wesentlich unterschiedlichen Verhaltensweisen bezüglich der thermischen Ausdehnung von Kunststoff und Glas, mechanische Spannungen entstehen, die zur Rißbildung im Kunststoffkörper führen können. Des weiteren muß der Kunststoffkörper wegen der notwendigen geometrischen Abmessunger des Isolierkörpers größer gehalten werden.

   Nach der DE-AS 1945455 (H01L-21/52) ist es bekant, ein Gehäuse für eine Halbleiteranordnung herzustellen, das aus einem Bodenteii und einem rahmenartigen Seitenteil jeweils aus sinterfähigem Isoliermaterial besteht. Unter zwischenfügen eines metallischen Leiterrahmens werden die Teile durch Sintern dicht miteinander verbunden. Nach Einbringen und Kontaktieren dei Halbleiteranordnung wird das Gehäuse durch einen Deckel aus sinterfähigem Material durch einen weiteren Sinterungsprozeß verschlossen. Nachteilig ist, daß das Gehäuse nur aus Sinterglas bzw. glasierter Keramik besteht. Bei einer zusätzlichen Kunststoffverkappung entstehen die bereits genannten Nachteile.

   Nach der DE-AS 1956501 (H01L-23/50) ist bekannt, eine gehäuseartige Anordnung, bestehend aus einer Keramikgrundplatte mit Leitbahnen und dem Chip, einem Giasrahmen zur Aufnahme des Chips und einem Lötring.

   Diese Anordnung vermeidet eine zusätzliche Verbindungsnaht zwischen dem Glas und metallischen Strukturen, die als Lötfahnen üblicherweise durch den Glasrahmen geführt werden. Bei Nichtanwendung einer hermetischen Verlötung wird die Anordnung in Silikon- oder Epoxidharzen eingehüllt. Nachteilig ist die Anwendung von teuren Keramikgehäusematerialien im Vergleich zu ökonomischen Plastgehäusen.

   Nach DE-AS 2244708 (H01L - 23/08) ist bekannt, eine elektronische Miniaturschaltung auf einem Glaskeramiksubstrat auf der Basis Blei-Glas-Zinkborat. Derartige Anordnungen sind relativ teuer im Vergleich zu Gehäusen, die mittels Plastwerkstoffen realisiert werden.

   Nach WP 0145826 (H01L- 023/080) ist bekannt, ein Dioden-Thyristoren-Gehäusebauteil für eine höhere Spannungsfestigkeit.

   Die höhere Spannungsfestigkeit wird durch einen verlängerten Kriechweg erreicht, d.h. durch Vergrößerung der geometrischen Abmessungen des Glasisolierkörpers, der die metallischen Leiter umgibt. Nachteilig ist hierbei der erhöhte Aufwand an Gehäusematerial.

   Nach OS 2749359 (H01L-23/08) ist bekannt, ein Gehäuse aus Schrumpfschlauch für Leistungsdioden und Thyristoren in Scheibenzellenbauweise. Derartige Gehäuse erreichen keine Abdichtung, da der Schrumpfschlauch keine formschlüssige Verbindung eingehen kann.

   Nach EP 01 08646 (H01L-25/04; H01L-21/56) sind bekannt, plastumhüllte Leistungs-Halbleiterbauelemente, die mehrere Chipseinschließen.

   Nachteilig ist, daß keine speziellen Maßnahmen zur Abdichtung des Gehäuses vorgesehen sind. Lediglich durch den Plastwerkstoff wird ein gewisser Feuchtigkeitsschutz gewährleistet.